導讀:
第5代移動(dòng)通信技術(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)5G)是繼4G通訊之后新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù),5G通訊的特點(diǎn)是高數據速率,低延遲,低能耗,低成本,超大系統容量以及大規模設備連接。
為了滿(mǎn)足高性能與便攜性,5G電子產(chǎn)品的輕薄化,元器件的小型化勢在必行,對于電感生產(chǎn)廠(chǎng)商的工藝要求也大大提升。納米級小型化、高精度、代表即將到來(lái)的新一代的技術(shù)產(chǎn)品,可廣泛應用于5G供應鏈端及模塊端應用,小型化的電子元器件將會(huì )繼續擴充產(chǎn)能,將在模塊化產(chǎn)品及5G市場(chǎng)中快速推動(dòng),對于部件輕薄化,薄膜化的需求隨著(zhù)5G應用落地,其應用于開(kāi)發(fā)已有較大幅度增長(cháng)。本文將為您揭示5G時(shí)代的7種薄膜新材料。
5G新材料薄膜與力學(xué)測試項
01、絕緣彎折兩兼顧—— LCP膜
使用島津試驗機測試LCP膜拉伸強度
LCP薄膜是一種特殊的絕緣材料,具備低吸濕、耐老化性佳、高阻氣性以及低介電常數等特性,其拉伸強度與彎曲模量也非常優(yōu)異。LCP材料是國際上公認的5G信號天線(xiàn)與柔性電路板(FPC)必不可少的絕緣材料。5G要求更高的電磁波傳輸速度、更小的信號傳播損失, LCP正是滿(mǎn)足這些苛刻要求的材料,還可以用特殊的LCP絕緣材料隔絕數個(gè)信號間相互干擾。當前,各大廠(chǎng)商推出的5G手機多采用了多層LCP天線(xiàn),而柔性多層電路板與LCP 薄膜相結合而誕生的新型樹(shù)脂多層基板,具有優(yōu)越的高頻特性,具備可撓性,使輕薄可彎曲電路結構成為可能。使用LCP材料可以為手機電池等組件節約大量空間,提高手機內部空間的利用率。5G手機內部天線(xiàn)和電路板小型化,堆疊化是大勢所趨,LCP材料的廣泛應用已迎來(lái)集中爆發(fā)期。島津已做過(guò)一些測定LCP材料的拉伸強度的試驗,在LCP生產(chǎn)與質(zhì)量控制領(lǐng)域將會(huì )發(fā)揮更大的作用。
裁切方向不同的LCP膜斷裂方式和拉伸強度變化很大,圈中為W向曲線(xiàn)
用島津AGS-X試驗機測出的LCP薄膜拉伸測試數據
02、5G天線(xiàn)不可少——MPI膜
MPI薄膜
隨著(zhù)5G設備的普及,PI軟板已無(wú)法滿(mǎn)足消費者的需求,因此改性PI(MPI)進(jìn)入了大家的視線(xiàn)。LCP固然好,但工藝復雜,成本高,是傳統PI天線(xiàn)的20倍。雖然MPI在傳輸損耗、尺寸穩定性和可彎折性等方面并不如LCP,但其而且其成本只有LCP的70%。而MPI材質(zhì)天線(xiàn)在10-15GHz的高頻甚至高頻的信號處理上的表現有望媲美LCP天線(xiàn),故在5G發(fā)展中MPI有望替代部分PI,成為中低頻段天線(xiàn)的重要材料。對MPI膜要求有良好的柔軟性,機械性能,耐熱耐化學(xué)能力以及較低的吸水性。
03、芯片面板穿紗衣——非導電粘合膜
NCF膜對5G芯片必不可少(3D堆疊芯片組示意圖)
非導電粘合膜(NCF)
非導電粘合膜是將IC芯片電極表面和電路表面粘合在一起的絕緣膜,主要用作底部填充和TSV(硅通孔)晶片的粘合材料。與傳統的二維芯片把所有的模塊放在平面層相比,三維芯片允許多層堆疊,而TSV用來(lái)提供多個(gè)晶片垂直方向的通信。其中TSV是3D芯片堆疊技術(shù)的關(guān)鍵,而NCF膜則是實(shí)現這項技術(shù)不可缺少的材料。
晶圓級非導電性薄膜可用于倒裝晶片安裝和 TSV 管芯疊積,間隙和凸點(diǎn)節距都非常小。為了減少客戶(hù)的加工程序,晶圓級非導電性薄膜貼有背面研磨膠帶或切割膠帶(二合一結構)。因為對 NCF 進(jìn)行了晶圓級層壓,因此,可安全處理薄晶圓,不會(huì )出現任何破損。
04、元件固定都需要——MLCC用離型膜
電路板上的MLCC元件
MLCC離型膜主要應用于微型片式多層陶瓷電容涂布層,要求具有優(yōu)異的機械強度與化學(xué)性能,才能保證手機顯示屏與攝像頭電流電阻的穩定。MLCC離型膜主要原材料為PET基膜。
有調查顯示,5G將帶動(dòng)移動(dòng)端,小型基站、毫米波裝置等建置量增加一倍。智能手機所需MLCC 元件平均數量約550 顆到900 顆左右,而5G 手機,平均每部手機所需MLCC 數量將超過(guò)1,000 顆。預期從4G 過(guò)渡到5G 手機,平均每部所需MLCC元件數量將增加33%。另外,設計復雜度更高的5G 基站,結合多輸入多輸出技術(shù)(MIMO)天線(xiàn)系統,需要更高容值的被動(dòng)元件,未來(lái)的需求量和發(fā)展前景非?捎^(guān)。
05、阻燃絕緣全防護——PEN膜
電磁屏蔽隔離膜
隨著(zhù)5G設備普及,信號串擾會(huì )成為通信的核心待解決問(wèn)題。5G高頻基站外殼一般是鋁合金壓鑄件,既要防止外界電磁波干擾,又要防止自身產(chǎn)生的電磁輻射干擾外界和危害人體健康,需要在接縫處用電磁屏蔽膜隔開(kāi)屏蔽。使基站殼體形成一個(gè)連續的導電體,材料的導電性越強,渦流效應越明顯,通過(guò)導電體的渦流效應和反射效應將電磁波限制在基站內部,從而防止電磁波泄漏造成輻射。
除了對導電性有要求以外,電磁屏蔽膜還要滿(mǎn)足特定的機械性能才能滿(mǎn)足實(shí)際應用需要,例如基站集成商對拉伸強度、撕裂強度、斷裂伸長(cháng)率、壓縮形變,抗老化性等都有嚴格的要求。隨著(zhù)消費電子產(chǎn)品、汽車(chē)電子產(chǎn)品、通信設備等行業(yè)規模的擴大以及相關(guān)電子產(chǎn)品向輕薄化、小型化、輕量化方向發(fā)展,電磁屏蔽膜行業(yè)的使用率將會(huì )逐步擴大。
07、終端穿上“凱夫拉”——芳綸纖維膜
芳綸纖維應用的演變
芳綸纖維具有高強度、高模量、耐高溫的優(yōu)異性能,具有突出的耐沖擊和電磁波透過(guò)性等特性。將芳綸與薄鋁板、環(huán)氧無(wú)緯布交疊熱壓后形成的超混復合層板,具有很高的比模量和比強度,抗疲勞壽命是鋁合金板的100倍~1000倍,可用于飛機的機身等部位。芳綸纖維制備的樹(shù)脂基增強復合材料應用于飛機客體中,可使飛機總重量大大減輕。隨著(zhù)軍用防護服引入,凱夫拉爾芳綸纖維防彈衣與防彈盔不僅體積小、質(zhì)量輕,而且防彈效能提高了40%。防彈芳綸無(wú)緯布與高性能聚乙烯薄膜制成的軟質(zhì)防彈背心,具有更好的防彈性能和耐熱性。
5G手機已普及玻璃背板等新材料的應用,手機掉落摔碎以及隨后帶來(lái)的一大筆維修費用著(zhù)實(shí)讓人頭痛,手機保護套已經(jīng)成為了手機用戶(hù)的標準配置,隨著(zhù)人們將芳綸纖維嵌入手機防護殼,既不會(huì )過(guò)度增加手機重量,又能防摔防砸,還具有非常好的電磁波透過(guò)率,不會(huì )影響手機信號和通話(huà)質(zhì)量,相當于為5G手機穿上了堅固通透的“防彈衣”。
島津提供完善的解決方案
島津試驗機長(cháng)期為薄膜類(lèi)型材料測試積累技術(shù)儲備,能提供完善的解決方案。
島津新推出的AGX-V電子試驗機采用智能橫梁,多處理器,多控制單元實(shí)現高速采樣和高精度自動(dòng)控制。搭載了用戶(hù)界面的智能控制器和支持直觀(guān)操作的試驗軟件。
高精度測量:
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在傳感器額定容量的1/1000~1/1范圍內,誤差小于測得值的±0.5%
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在傳感器額定容量的1/100~1/1范圍內,誤差小于測得值的±0.3%
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在傳感器額定容量的1/2000~1/1范圍內,誤差小于測得值的±1%
數據采集:10KHz(數據采樣間隔0.1ms),大幅度提高了材料試驗結果的準確性。
試驗軟件:全新軟件TRAPEZIUMX-V,兼顧“簡(jiǎn)單操作”。
配合島津研發(fā)的500N薄膜拉伸夾具(特殊材料夾齒),可以對應幾乎所有薄膜材料的拉伸測試需要,解決了薄膜厚度小容易打滑或斷裂位置不良的問(wèn)題。
測量薄膜硬度對于確定薄膜制造參數并檢測其制造質(zhì)量非常重要,該設備可使用較小試驗力,根據下壓深度,對硬度值進(jìn)行評價(jià)。島津DUH-211/211S動(dòng)態(tài)顯微硬度計可動(dòng)態(tài)測量硬度并評價(jià)塑性和彈性變形的硬度,另外,如果壓痕尺寸足以用顯微鏡觀(guān)察,則可通過(guò)測量壓痕的對角線(xiàn)長(cháng)度,來(lái)從塑性變形部分測得硬度。
特點(diǎn):
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具有精度良好的彈性率評價(jià)。
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0.1976mN的試驗力分辨率
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0.1~1961mN的超寬試驗力范圍
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采用高精度的壓入深度測定方法
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多種加載-卸載方式
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可以測定維氏硬度和努氏硬度
通過(guò)選擇壓盤(pán)與壓縮軟件可以進(jìn)行微小載荷的壓縮測試。
島津HITS系列液壓式高速沖擊試驗機
材料和部件的動(dòng)態(tài)強度評價(jià)正變得越來(lái)越重要,利用島津HITS系列液壓式高速沖擊試驗機可以簡(jiǎn)單,進(jìn)行高速沖擊試驗。對于評價(jià)膜材的抗沖擊性能會(huì )有非常大的幫助。
特點(diǎn):
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可以進(jìn)行速度20m/s(72km/s)的高速沖擊試驗
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優(yōu)良的操作性,提高了試驗效率
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充分的安全防護
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可以使用恒溫槽進(jìn)行溫度特性試驗
小結
隨著(zhù)5G通訊設備朝著(zhù)更小型化方向發(fā)展,對各種電子用新材料薄膜的應用會(huì )更趨熱烈,在研發(fā),生產(chǎn)等領(lǐng)域釋放出越來(lái)越大的對此類(lèi)產(chǎn)品的檢測與質(zhì)量控制的需求。島津試驗機深耕于材料力學(xué)測試領(lǐng)域已逾百年,不斷探索新材料和熱點(diǎn)領(lǐng)域,深受材料測試領(lǐng)域從業(yè)人員的倚重與信賴(lài)。本文試圖通過(guò)對5G相關(guān)薄膜材料的介紹,一方面使各位獲悉材料領(lǐng)域在5G通訊行業(yè)中那些不為人所注意的進(jìn)步,同時(shí)也希望各位能夠借助島津試驗機在科研,生產(chǎn)等領(lǐng)域不斷前進(jìn)。